В новом исследовании исследователи Северо-Западного университета вызвали смену часовых поясов в модели болезни Хантингтона у плодовых мух и обнаружили, что нарушение биоритма защищает нейроны мух. Затем команда определила и протестировала ген, контролируемый циркадными часами, который, будучи сбитым с толку, также защищал мозг от болезни.
Полученные данные раскрывают потенциальные новые пути лечения для замедления прогрессирования или предотвращения нейродегенеративных заболеваний.
«Это кажется нелогичным, но мы показали, что немного стресса – это хорошо», – сказал доктор Northwestern.
Рави Аллада, эксперт по циркадным ритмам, руководивший исследованием. "Мы тонко манипулировали циркадными часами, и этот стресс, кажется, оказывает нейрозащитное действие."
Исследование будет опубликовано 2 апреля в журнале Cell Reports. Аллада – это Эдвард С. Заслуженный профессор Штунца и заведующий кафедрой нейробиологии Северо-Западного колледжа искусств и наук Вайнберга.
Пациенты с нейродегенеративными заболеваниями часто испытывают серьезные нарушения циркадных ритмов или циклов сна и бодрствования.
Они могут спать больше обычного или потерять способность спать. Это может привести к ночным блужданиям, повышенному возбуждению, общему стрессу и снижению качества жизни.
«Мы давно знаем, что сбой в работе часов – ранний индикатор нейродегенеративного заболевания», – сказала Аллада. "Во многих случаях нарушение сна предшествует любому другому симптому. Но мы не знали, является ли нарушение циркадного ритма причиной болезни или ее следствием."
Чтобы выяснить этот вопрос, Аллада использовала модель болезни Хантингтона у плодовых мух – хорошо изученный модельный организм как для циркадных ритмов, так и для нейродегенеративных заболеваний. Хотя дрозофилы могут показаться полностью отличными от людей, нейроны, которые управляют циклами сна и бодрствования мух, поразительно похожи на человеческие ». У плодовых мушек, у которых есть мутантный ген Хантингтона, также проявляются симптомы, похожие на симптомы заболевания у людей: сокращение продолжительности жизни, двигательный дефицит, нейродегенерация, нарушение циркадных ритмов и накопление пораженных белков в головном мозге, которые объединяются и вызывают гибель нейронов.
«Обычно плодовые мушки просыпаются, становятся очень активными, затем ложатся спать и становятся неактивными», – пояснила Аллада. "Это 24-часовой шаблон. В модели Хантингтона нет ритма.
Мухи все время просыпаются и засыпают."
Команда Аллады изменила циркадные ритмы мух двумя разными способами. Для одной группы мух исследователи изменили среду обитания мух, изменив суточное время циклов свет-темнота. Эта манипуляция заставила мух жить 20-часовой рабочий день вместо 24-часового.
А для другой группы мух исследователи мутировали ген, который, как известно, контролирует внутренние циркадные часы.
"По сути, мы дали мухам смену часовых поясов на каждый день их жизни", – сказала Аллада. "Это как путешествие на четыре часа на восток каждый день."
В обоих случаях мутантные белки болезни Гентингтона агрегируют меньше, и меньше нейронов погибает. Аллада, которая ожидала, что нарушение биоритмов нанесет еще больший ущерб мозгу, была удивлена. «Мы задавались вопросом, сыграли ли часы роль в болезни», – сказал он. "Оказалось, что часы важны, но не так, как мы предсказывали."
Аллада и его команда были настолько очарованы результатом, что продвинули исследование еще на один шаг вперед. Они решили проверить десятки генов, контролируемых часами, чтобы определить один, который также может аналогичным образом защитить мозг от нейродегенеративных заболеваний.
Команда сосредоточилась на гене, который кодирует «белок, организующий тепловой шок», или для краткости «прыжок». Хмель контролируется не только циркадными часами организма, но и ген отвечает за сворачивание белков. Поскольку неправильно свернутые белки могут приводить к множеству различных нейродегенеративных заболеваний, Аллада считала, что хмель является интересной мишенью.
Он и его команда уничтожили ген хмеля у мух с белком, вызывающим болезнь Хантингтона, и – снова – были удивлены. Выключение гена восстановило аритмические циркадные часы мух, уменьшило агрегацию пораженных белков в головном мозге и уменьшило количество нейронов, убитых этими белками.
«Мы думали, что подавление этого гена, который помогает вашим белкам правильно складываться, только усугубит ситуацию, но они поправились», – сказала Аллада. "Это еще раз показывает, что немного стресса, вероятно, хорошо."
Затем Аллада планирует протестировать этот метод на модели болезни Альцгеймера с плодовой мушкой.
Он считает, что нацеливание и отключение гена хмеля потенциально может быть ранним вмешательством для замедления прогрессирования различных нейродегенеративных заболеваний.